CN105262992A - 基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，包括可见光摄像头、红外摄像头、视频采集编码处理单元、分析处理单元、手持终端和蓄电池；所述可见光摄像头与红外摄像头均与视频采集编码处理单元连接，视频采集编码处理单元和分析处理单元均与蓄电池连接，手持终端与分析处理单元连接，本发明使用方便，主要可以应用于电网智能化设备状态巡视、设备告警联动等电网生产运行智能化监控中，对电网智能化水平的发展和提高具有一定的促进作用。

Description

基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统

技术领域

本发明属于变电站建设技术领域，尤其涉及一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统。

背景技术

目前，变电站已逐步实现了无人值守，变电站在运行过程中，通常采用定期的人工巡视方式，通过人工的方式对对变电站设备运行状态进行检查，通过该方法及时发现设备存在的安全隐患及设备故障。随着电网智能化技术的发展要求，对变电站巡视工作的智能化水平、巡视质量已提出了更高的要求。目前，变电站巡视主要是通过运维巡视人员在值班期间按规定对所辖站一、二次设备进行巡视检查，对设备异常和缺陷做到及时发现、认真分析、正确处理、做好记录并及时汇报。针对巡视辅助技术和手段主要包括了两种，一种为巡视人员配置手持式的拍摄设备，对巡视过程中发现的问题进行拍照记录，为后续分析提供数据记录，另一种为新兴的机器人巡检技术，通过装配巡检机器人，巡检机器人安装各类传感设备，通过定制巡视路线，由巡检机器人对变电站设备运行状态进行巡视拍摄和记录。对于采用巡视人员配置手持式的拍摄设备方式，该方式用于巡视人员在巡视过程中，通过人工检查和分析设备存在的异常和缺陷，对相应巡视过程进行手动记录，并采用手持拍摄设备对设备外观进行拍摄，该方式的巡视过程仍通过人工的方式的巡视，仅通过手持拍摄设备，对巡视的设备进行拍照记录的功能，该方式并没有提升巡视质量，仅仅增加了记录功能，未实现巡视的智能化水平；对于采用巡检机器人的方式，具备智能化的变电站巡视功能，然而由于巡检机器人的设备昂贵、维护工作量大，因此，仍然未具备大规模推广的应用能力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，在巡视人员对变电站的巡视过程中，对变电站的设备状态进行自动识别并记录，同时还能通过语音告警及时提示巡视人员需重点关注的巡视设备。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，包括：可见光摄像头、红外摄像头、视频采集编码处理单元、分析处理单元、手持终端和蓄电池；所述可见光摄像头与红外摄像头均与视频采集编码处理单元连接，视频采集编码处理单元和分析处理单元均与蓄电池连接，手持终端与分析处理单元连接。

进一步的，所述视频采集编码处理单元包括：ARM芯片、内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、视频输入处理模块、网络模块以及电源模块；所述内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、视频输入处理模块、网络模块以及电源模块均与ARM芯片相连。

进一步的，所述可见光摄像头与红外摄像头安装在安全帽上，视频采集编码处理单元、分析处理单元以及蓄电池均安装在巡视员的背包中，所述手持终端为PAD或者手机。

进一步的，所述分析处理单元包括：ARMA15芯片、内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、网络模块以及电源模块；所述内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、网络模块以及电源模块均与ARMA15芯片相连。

进一步的，可见光摄像头与红外摄像头通过模拟视频线与视频采集编码处理单元相连，视频采集编码处理单元将编码后的数据通过网络模块发送至分析处理单元。

进一步的，所述视频输入处理模块采用双路视频解码器，通过其采集可见光视频模拟数据和红外视频模拟数据，并对数据进行实时编码，编码格式为H.264，编码帧数为25pps，编码图像质量为D1。

进一步的，分析处理单元通过网络模块，并采用SIP+SDP和RTP/RTCP协议获取视频数据，视频数据源为视频采集及编码处理单元，并对获取视频的每一帧进行二维码图像和二维码信息识别，得到所巡视设备对象。

本发明的有益效果是：本系统不仅通过见光摄像头采集数据还通过红外摄像头对巡视过程中的设备运行温度进行实时采集，扩大了巡视过程中的数据内容，提升了巡视质量，为巡视人员准确判断设备的运行状态提供了直接可靠的数据，同时，通过对巡视数据的记录，便于对设备温度的历史数据趋势性分析，为排查设备故障及设备隐患提供了数据支撑；通过视频采集及编码处理单元、分析处理单元所获取的实时数据和分析结果数据，通过USB接口直接发送至PDA/手机，巡视人员在巡视过程中，可以通过PDA/手机查看巡视过程中的分析结果数据，有效便于巡视人员检查当前的设备状态和记录数据的准确性分析。同时，该技术能够很方便地进行应用和推广，不受变电站规模和电压等级的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的数据接口图；

图3为视频采集编码处理单元的结构示意图；

图4为视频采集编码的处理流程图；

图5为分析处理单元的结构示意图；

图6为分析处理单元的分析处理流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-图6所示，一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，包括可见光摄像头、红外摄像头、视频采集编码处理单元、分析处理单元、手持终端和蓄电池；所述可见光摄像头与红外摄像头均与视频采集编码处理单元连接，视频采集编码处理单元和分析处理单元均与蓄电池连接，手持终端与分析处理单元连接。

使用的时候，在变电站设备（例如：开关、刀闸、变压器、电容器、变流器等）上贴上二维码标签，在巡视的时候，巡视人员随身携带本系统，其中可见光摄像头与红外摄像头均安装在巡视员所佩戴的安全帽上，这两个摄像头将采集到的图像数据通过视频模拟线送至视频采集编码处理单元，视频采集编码处理单元对视频数据进行基本的处理后，再将处理后的视频数据发送分析处理单元，分析处理单元为本设备的核心处理单元，采用二维码图像识别技术、图像分析处理技术，通过内部逻辑处理，将巡视过程中的图像化数据转换为信息化数据，并将图像和信息化数据再发送至巡视人员所携带的PDA或手机进行实时展示，从而用于巡视人员在巡视过程中实时检查巡视内容。本发明中的可见光摄像机镜头和红外热成像摄像机镜头安装于巡视人员的安全帽上，视频采集及编码处理单元、分析处理单元、蓄电池安装于巡视人员的便携式背包中，PDA/手机由巡视人员直接手持携带。

其中，视频采集编码处理单元主要包括：

ARM芯片：（支持本视频编码功能）：是视频采集编码处理单元的核心处理单元，实现对所有处理过程的逻辑控制以及视频的编码处理，输入的视频数据为模拟视频数据，通过该芯片对模拟视频数据进行编码，便于视频数据在网络中的传输；

内存模块（采用DDR2）：为内存处理单元；

闪存模块（采用FLASH）：用于储存文件系统和系统上的应用程序；

硬盘接口模块（采用SATA）：用于外接硬盘，存储视频数据；

硬件调试接口模块（采用JTAB，JointTestActionGroup）：为硬件调试接口。

串口模块（采用USB）：为串口调试接口。

视频输入处理模块（采用2ChannelVideoDecoder，双路视频解码器）：该模块为视频输入处理模块，将模拟线传输过来的视频数据通过A/D转换，将模拟视频数据转换为数字视频数据，用于ARM芯片对视频数据的处理；

网络模块（采用PHY）：提供该设备单元与外部之间的网络接口；

电源模块（POWER）：为该设备单元提供外部电源输入接口；

其中所述内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、视频输入处理模块、网络模块以及电源模块均与ARM芯片相连

巡检过程大体如下：

首先，可见光摄像头采集贴在被巡视设备外表的二维码标签的可见光视频信息，通过二维码标签的识别可以辨识出具体的待巡视设备，红外摄像头采集待巡视设备外观的红外图谱视频信息；

然后，可见光摄像头和红外摄像头均通过模拟视频线连接至编码处理单元，视频采集编码处理单元将编码后的视频数据通过网络接口发送至分析处理单元，分析处理单元对视频数据处理完成后，将处理结果数据通过USB接口传输至PDA/手机，PDA/手机通过USB接口接收数据后，对结果数据和图像数据进行展示；对于视频采集编码处理单元、分析处理单元通过电池的5V电源统一供电。

其中，视频采集编码处理流程如下：

（1）通过物理接口2ChannelVideoDecoder，采集可见视频模拟数据和红外热成像视频模拟数据；

（2）通过ARM芯片，对采集的视频数据进行实时编码，编码格式为H.264，编码帧数为25pps，编码图像质量为D1；

（3）编码后的视频数据，为了用于网络设备通过网络接口直接获取视频数据，采用SIP+SDP接口协议，为外部网络设备提供通信接口进行会话协商，并设置默认的可见光视频模拟数据端口为1，设置默认的红外热成像视频模拟数据端口为2；

（4）对编码后的视频数据采用RTP/RTCP协议封装，用于通过网络方式获取视频数据，即通过SIP+SDP接口协议与本设备单元协商完成后，通过RTP/RTCP接口将视频数据发送至网络请求端；

（5）通过上述处理完成后，即可用于接收ARM分析处理单元的视频数据请求，该请求通过SIP+SDP协议进行协商；

（6）请求成功后，通过RTP/RTCP接口将视频数据发送至ARM分析处理单元；

（7）至此，视频采集及编码处理单元的处理流程完成。

分析处理单元由8个子模块构成，包括：ARMA15芯片、内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、网络模块以及电源模块。

ARMA15芯片：是分析处理单元的核心处理单元，实现对所有处理过程的逻辑控制以及视频的编码处理，输入接口为网络接口，通过网络接口获取视频数据，通过该芯片对视频数据进行解码和图像分析。

内存模块（采用DDR2）：为内存处理单元；

闪存模块（采用FLASH）：用于储存文件系统和系统上的应用程序；

硬盘接口模块（采用SATA）：用于外接硬盘，存储视频数据；

硬件调试接口模块（采用JTAB，JointTestActionGroup）：为硬件调试接口。

串口模块（采用USB）：为串口调试接口。

网络模块（采用PHY）：提供该设备单元与外部之间的网络接口；

电源模块（POWER）：为该设备单元提供外部电源输入接口；

分析处理单元接收到视频数据后的处理流程如下：

1)通过网络接口SIP+SDP、RTP/RTCP协议获取网络视频数据，其协议交互流程为：

a)分析处理单元对视频采集及编码处理单元中指定的摄像机发起实时视频调阅请求，分析处理单元发送INVITE消息，携带SDP内容到视频采集及编码处理单元。

b)按照SIP要求，视频采集及编码处理单元在0.5s内未能处理该请求，则先发送1xx临时响应给分析处理单元。

c)视频采集及编码处理单元的前端设备接受了调阅请求的操作，则发送携带SDP（会话描述协议，用于描述会话中的媒体传输格式）的200OK(SIP协议的中的消息头，表示接收成功)响应到分析处理单元。

d)分析处理单元发送ACK（SIP协议的消息头为ACK消息）给视频采集及编码处理单元，确认会话建立。

e)实时视频流从视频采集及编码处理单元中传输到分析处理单元的用户，用户根据相应的解码插件，解码并展示视频图像。

f)用户结束会话，分析处理单元发送BYE消息（SIP协议的消息头为BYE，表示发送结束会话的消息）到视频采集及编码处理单元。

g)视频采集及编码处理单元发送确认，将媒体通道拆线，会话结束。

2)分析处理单元获取网络视频后，对视频进行解码，解码后获取图像中的某一帧图片数据，该图片数据作为后续图像分析的数据源。

3)对获取的某一帧图片进行图像智能分析，根据二维码的识别特征，采用图像灰度化、图像滤波、图像二值化、图像匹配等处理，识别图片中是否携带了二维码特征；

4)如果图片中未包含二维码特征，则继续获取下一帧图片，即：返回第2步处理；

5)如果图片中包含二维码特征，则通过图像二维码识别技术，获取二维码中所携带的文字信息，该文字信息中包含了变电站设备的名称、所属变电站、变电站电压等级、时间戳等各类信息；

6)根据预先在分析处理单元所导入存储的变电站设备信息，查找识别的二维码设备信息是否能查找到对应的设备信息；

7)如果未查找到对应的设备信息，则有可能是设备信息发生了变更或者导入至分析处理单元的变电站设备信息不全所导致，此时，分析处理单元以声音的方式提醒巡视人员，并默认直接进入下一帧图片的处理；

8)如果二维码设备信息在设备信息库中能够匹配成功，则进入下一步处理，通过获取到的红外热成像图像的对应帧图片，并对图片采用颜色区间的方式匹配图片中的像素点，并分析得出图片中的最高温度；

9)将最高温度记录为二维码设备信息所对应的设备温度，并同时保存当前所对应的可见光图片和红外热成像图片,通过对巡视数据的记录，便于对设备温度的历史数据趋势性分析，为排查设备故障及设备隐患提供了数据支撑；

10)在得出设备温度后，通过预先设定设备温度阈值，判断当前温度值是否属于正常温度值，当超过温度阈值时，进行声音告警的方式提示巡视人员对设备进行重点巡查，及时排查设备故障原因，并及时报送设备检修计划，及时排除设备事故隐患；

11)在判断设备温度正常后，根据二维码设备信息，判断所对应的设备是否是开关机构箱或刀闸；

12)如果设备并不是开关机构箱或刀闸时，则视频图片处理完成，进入下一帧图片的处理，回到步骤2；

13)如果设备是开关机构箱或刀闸时，采用图像智能分析技术，主动设备出开关机构箱上的指示针分-合状态，以及刀闸的开-合状态；

14)将开关机构箱或刀闸状态值进行记录存储；

15)将针对当前图片的分析结果值通过USB接口发送至PDA/手机，数据包括了分析结果、可见光图片、红外热成像图片，PDA/手机接收到数据后，对结果数据进行展示.

本发明使用方便，主要可以应用于电网智能化设备状态巡视、设备告警联动等电网生产运行智能化监控中，对电网智能化水平的发展和提高具有一定的促进作用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，其特征在于，包括：可见光摄像头、红外摄像头、视频采集编码处理单元、分析处理单元、手持终端和蓄电池；所述可见光摄像头与红外摄像头均与视频采集编码处理单元连接，视频采集编码处理单元和分析处理单元均与蓄电池连接，手持终端与分析处理单元连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，其特征在于，所述视频采集编码处理单元包括：ARM芯片、内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、视频输入处理模块、网络模块以及电源模块；所述内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、视频输入处理模块、网络模块以及电源模块均与ARM芯片相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，其特征在于，所述可见光摄像头与红外摄像头安装在安全帽上，视频采集编码处理单元、分析处理单元以及蓄电池均安装在巡视员的背包中，所述手持终端为PAD或者手机。

4.根据权利要求1所述的一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，其特征在于，所述分析处理单元包括：ARMA15芯片、内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、网络模块以及电源模块；所述内存模块、闪存模块、硬盘接口模块、硬件调试接口模块、串口模块、网络模块以及电源模块均与ARMA15芯片相连。

5.根据权利要求2所述的一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，其特征在于，可见光摄像头与红外摄像头通过模拟视频线与视频采集编码处理单元相连，视频采集编码处理单元将编码后的数据通过网络模块发送至分析处理单元。

6.根据权利要求2所述的一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，其特征在于，所述视频输入处理模块采用双路视频解码器，通过其采集可见光视频模拟数据和红外视频模拟数据，并对数据进行实时编码，编码格式为H.264，编码帧数为25pps，编码图像质量为D1。

7.根据权利要求4所述的一种基于二维码识别的变电站设备状态分析巡视系统，其特征在于，分析处理单元通过网络模块，并采用SIP+SDP和RTP/RTCP协议获取视频数据，视频数据源为视频采集及编码处理单元，并对获取视频的每一帧进行二维码图像和二维码信息识别，得到所巡视设备对象。